Po I wojnie światowej od strony zachodniej dostawiono sień z wydzielonymi izbami i drugim babińcem na piętrze. Salę modlitw przykrywała ośmioboczna drewniana kopuła, która – podobnie jak ściany sali modlitw – ozdobiona była polichromiami pochodzącymi z końca XVIII w. Polichromie te jednak nie zachowały się. Z istniejących opisów wiadomo, że pojawiały się na nich motywy roślin i zwierząt. Dość dokładny opis wnętrza synagogi z okresu międzywojennego pozostawił Wacław Husarski – badacz kazimierskiej przeszłości i architektury.
Opisywał on polichromie kazimierskiej synagogi jako "naiwne, ale nie pozbawione wdzięku". Choć z oryginalnych elementów wyposażenia wnętrza nie przetrwał żaden, na podstawie istniejących źródeł wiadomo, iż na ścianie wschodniej – na wprost wejścia – znajdował się aron ha-kodesz, zaś na środku sali stała bima.
Synagoga w Kazimierzu została zamknięta przez hitlerowców w 1939 r. i aż do ostatnichdni okupacji przetrwała w nienaruszonym stanie. Jednakże w lipcu 1944 r., tuż przed wycofaniem się z miasta, Niemcy zdewastowali i częściowo zburzyli budynek. Po zakończeniu wojny bożnica stała opuszczona i popadała w ruinę. Destrukcji dopełnili miejscowi wandale. Powyrywane zostały ławki, zerwana została także polichromowana kopuła.W 1953 r. odbudowano synagogę, wg projektu Karola Sicińskiego, z przeznaczeniem na kino. Odtworzono wówczas dawną formę architektoniczną bożnicy z charakterystyczną ośmioboczną kopułą oraz pierwotnym układem sali modlitw. Układ pozostałych elementów wnętrza (szczególnie przedsionka i babińca) został zmieniony i przystosowany do potrzeb sali kinowej. Jednym z ciekawych elementów, godnym zauważenia, jest zegar słoneczny znajdujący się na bocznej ścianie budynku. Na zewnętrznej, południowej ścianie wmurowana jest tablica z napisem: Ku czci trzech tysięcy polskich obywateli żydowskiej narodowości, dawnych mieszkańców Kazimierza Dolnego, zamordowanych przez okupanta hitlerowskiego w czasie II wojny światowej.